基于车-桥耦合振动的简支梁桥冲击效应

为了精确分析车辆对简支梁桥的冲击效应,基于模态综合法,建立了三维空间车-桥耦合振动模型.基于车-桥耦合振动模型的动力时程响应分析结果,并利用动力放大系数的概念,得到了车辆参数以及桥面不平整度、行车速度和车辆作用位置对冲击效应的影响规律.研究结果可以为我国桥梁设计规范中简支梁桥冲击系数的计算方法的改进提供理论依据.     

基于车-桥耦合振动的桥梁加固效果分析

针对当前桥梁加固效果的评价方法仅在静力条件下引入车辆荷载动力放大系数,未考虑车-桥耦合的不足,编制车-桥耦合振动分析模块,对加固效果进行分析.引入典型车辆运动方程和多梁式车-桥耦合关系,建立梁格法车-桥耦合振动系统,并实现动态可视化.以一座采用增大截面法加固的刚架拱桥为工程实例,建立桥梁加固模型,考虑车-桥耦合,建立分析模块,从各主肋位移及弯矩响应、冲击系数和车-桥系统加速度等方面对加固效果进行分析.结果表明,加固后结构的刚度有大幅提升,结构的自重也有所增大;加固后结构刚度增大对冲击系数值影响不明显;路况好时,冲击系数规范值适用,路况差时,冲击系数波动较大,规范值不适用;在车-桥系统加速度方面,加固过程增加了桥梁结构刚度,使得桥梁跨中竖向加速度大幅减小,但对车辆质心加速度变化作用不明显.     

大跨度曲线弯梁桥车-桥耦合振动分析

在桥梁结构设计中,需要考虑车辆动荷载的冲击作用。为计算大跨度曲线弯梁桥车致振动响应,通过在结点之间引入高阶位移插值函数,构造了形函数矩阵。基于虚功原理和动力有限元理论,推导了各个结点9个自由度的曲线箱梁空间单元刚度矩阵和质量矩阵;在推导刚度矩阵时考虑了箱梁的约束扭转和剪力滞效应,在推导质量矩阵时考虑了质心与扭心不重合。通过引入7自由度的车辆模型,建立了车-桥耦合振动方程。在MATLAB上采用Newmark-β法直接积分,求解了车辆动荷载作用下系统的振动响应,分析了车速、车重和主梁刚度对冲击系数的影响,同时采用ANSYS建立车-桥耦合非线性有限元模型。结果表明：以位移冲击系数代替弯矩冲击系数和剪力冲击系数进行截面内力设计时将会导致弯矩设计值最大增大2.89%,剪力设计值最大减小34.9%;车重对冲击系数影响很小;位移冲击系数和弯矩冲击系数均随着主梁刚度增大而减小,剪力冲击系数随着主梁刚度增大而增大。有限元分析结果与理论计算结果吻合良好。     

下穿U型道路在行驶车辆作用下的动力响应

为了解下穿U型道路在车辆荷载作用下的动力特性,通过对车辆、下穿U型道路振动系统的分析,将车-路耦合振动问题分解成两个独立的运动体系,即车辆振动子系统和道路振动子系统．利用车轮和路面的位移协调方程来考虑车路的接触,在空间整体车辆模型振动微分方程推导的基础上,考虑路面不平度的三维空间分布,对路面不平度非一致激励下U型道路的动力响应进行研究．结果表明,当路面平顺时,车-路耦合作用力波动很小;随着路况的变差,车-路耦合作用力迅速增大;在路面不平度的非一致激励下,左右轮作用力存在明显差异．车辆行驶速度对动载系数的影响较小,路面不平度对动载系数的影响较大．路况较差时,应考虑车辆荷载的冲击效应．     

车辆荷载作用下混凝土箱梁桥桥面板局部振动分析

研究车-桥耦合振动条件下,混凝土箱梁桥桥面板局部振动规律.推导车-桥耦合动力平衡方程,用板单元建立简支箱梁桥有限元模型,采用3维7自由度车辆模型,由路面功率谱密度函数模拟得到等级分别为"理想"、"好"和"差"的路面不平度函数.通过数值模拟计算桥面板不同位置的竖向位移、纵向弯矩和横向弯矩的动力放大系数(DAF).分别对车道位置、路面等级、车速和桥梁阻尼进行了参数分析.结果表明,车辆荷载作用下,桥面板不同位置的局部DAF值、同一位置由不同响应量得到的DAF值之间均存在很大差异,采用统一的DAF来计算车辆对桥面板的冲击作用不甚合理.路面不平度是影响桥面板车致振动最为重要的因素;而车速次之,且很难找到明确的函数关系用于描述车速对箱梁桥面板的局部动力放大系数的影响.     

大跨度曲线弯梁桥车–桥耦合振动分析

在桥梁结构设计中,需要考虑车辆动荷载的冲击作用。为计算大跨度曲线弯梁桥车致振动响应,通过在结点之间引入高阶位移插值函数,构造了形函数矩阵。基于虚功原理和动力有限元理论,推导了各个结点9个自由度的曲线箱梁空间单元刚度矩阵和质量矩阵;在推导刚度矩阵时考虑了箱梁的约束扭转和剪力滞效应,在推导质量矩阵时考虑了质心与扭心不重合。通过引入7自由度的车辆模型,建立了车–桥耦合振动方程。在MATLAB上采用Newmark–β法直接积分,求解了车辆动荷载作用下系统的振动响应,分析了车速、车重和主梁刚度对冲击系数的影响,同时采用ANSYS建立车–桥耦合非线性有限元模型。结果表明:以位移冲击系数代替弯矩冲击系数和剪力冲击系数进行截面内力设计时将会导致弯矩设计值最大增大2.89%,剪力设计值最大减小34.9%;车重对冲击系数影响很小;位移冲击系数和弯矩冲击系数均随着主梁刚度增大而减小,剪力冲击系数随着主梁刚度增大而增大。有限元分析结果与理论计算结果吻合良好。     

Dynamic Impact Factor Induced by Idling Vehicle-Bridge Coupling Vibration

怠速车-桥耦合振动下城市桥梁动力冲击系数

刘浪^1,2,王杰²,杨洪²

(1. 省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室,重庆交通大学,重庆 400074;

2. 重庆交通大学,土木工程学院,重庆 400074)

摘要：

为计算拥堵状态下怠速车-桥耦合振动对城市桥梁的冲击作用,持续定点采集了大量拥堵车列图像,利用图像数字化处理技术,建立了3种车辆模型及6种典型城市桥梁拥堵车列模型。根据实桥参数建立了怠速状态下车-桥耦合振动有限元模型,计算了各种典型拥堵车列荷载工况下车-桥耦合振动产生的动力系数,并与规范冲击系数进行了对比。结果表明,6种拥堵工况产生的最大动力系数分别为规范值的1.15~2.67倍,说明拥堵状态怠速车-桥耦合振动产生的冲击系数较正常交通状况大。针对拥堵严重的桥梁的设计及评估,本文建议采用1.7的规范修正系数。文中提出的分析模型及方法可为本领域的进一步研究提供有益的参考。

关键词：动力冲击系数;车-桥耦合振动;交通拥堵模;规范设计值

     

考虑跳车情况下的车-桥耦合振动研究

为研究跳车情况下的车-桥耦合振动,运用结构动力学理论,建立车辆过桥时考虑桥面不平度引起的跳车情况下的车-桥耦合振动计算模型。采用Newmark新型显式积分方法获得车-桥耦合振动响应的数值解。讨论车辆通过不平度较大的桥面而发生跳车现象时,在考虑跳车与不考虑跳车2种情况下车辆对桥梁的冲击作用。分析结果表明:跳车对桥梁的冲击作用显著。尤其当车辆质量较大或以较高速度过桥时,考虑跳车作用下的车-桥耦合振动比不考虑跳车更接近真实工况;车辆通过路面不平度较大的桥梁时,必须考虑跳车现象的发生。     

多车激励公路简支梁车桥耦合振动响应分析

依据D’Alembert原理和欧拉-贝努利梁假设,考虑车辆系统的动力特性,建立了公路简支梁桥在多个车辆荷载作用下的振动偏微分方程,通过运用模态叠加的离散化方法,将偏微分方程转化为变系数常微分方程。采用RungeKuntta方法求解时变系统的振动响应并使用Matlab语言编写了求解分析程序,对多车作用下的简支梁的冲击系数进行了研究,并与单车作用的结果进行比较分析。     

钢管混凝土系杆拱桥车桥耦合振动分析

为了研究钢管混凝土系杆拱桥在车辆荷载作用下的动力冲击效应,综合采用包括空间梁、板和杆单元的桥梁结构有限元模型和三维7自由度车辆模型,通过数值模拟车、桥动力相互作用,计算得到桥梁的位移、内力响应及对应动力放大系数,研究桥梁不同构件所受到的动力冲击作用及主要影响因素,分析桥梁不同位置加速度响应的频谱特征.结果表明,桥梁局部构件的动力冲击系数常超过规范取值,且路面不平度是最主要的影响因素;长、短吊杆的动力冲击系数差异很大,短吊杆的受力和抗疲劳性能远低于长吊杆.     

某微型电动车车架结构分析

在建立几何模型和有限元模型基础上,分析了典型工况下某电动车车架的应力和变形情况;同时通过模态分析,分析了低阶模态下车架的固有频率和振型。分析结果说明,该电动车车架具有一定的安全裕度,并且车架的低阶固有频率处于非共振频率内,具有较好的动态振动特性。     

车辆—路面空间耦合振动模型及其动力响应分析

为准确模拟行驶车辆作用下刚性路面的动力响应,建立车辆—路面空间耦合振动精细化分析模型。车辆采用质点—弹簧—阻尼器空间整车模型,混凝土刚性路面采用弹性地基板有限元模型,采用改进的谐波叠加法考虑路面平整度的三维空间分布,利用车轮和路面的位移协调方程将车辆振动和路面振动联立求解。实例分析表明,所建立的车—路耦合振动模型能够真实地反映车辆和路面间的空间几何耦合关系和力学耦合关系;在三维路面不平度的激励下,车辆和路面的动态响应均表现出明显的空间分布特性;与瞬态动力分析方法相比,利用考虑路面不平度空间分布的车—路耦合振动模型对混凝土路面进行车辆动力响应分析时,路面弯沉和板底应力有明显增大。     

速度作用下非线性弹性地基上矩形薄板主共振

本文基于非线性弹性地基模型及弹性理论,建立了非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下的非线性动力方程,运用Galerkin方法及多尺度法求得该系统主共振的幅频响应方程,以行车速度为调谐参数,分析阻尼系数、车辆荷载、板厚及相位差等参数对非线性弹性地基上矩形薄板在移动车辆荷载作用下主共振幅频响应的影响。结果表明:非线性弹性地基上矩形薄板在行车速度作用下主共振系统的非线性特点不明显,振幅-速度响应曲线接近对称,改变阻尼系数、车辆荷载等参数时对共振区间影响不大。在正常取值范围内,随着阻尼系数值增大振幅-速度响应曲线峰值减小;随着车辆荷载、板厚及相位差的增大振幅-速度响应曲线峰值增大。     

移动荷载作用下饱和土地基无限板的动力响应

利用Biot波动理论、无限大板的弹性理论,研究了移动荷载作用下饱和土地基上覆弹性板的动力响应问题.首先引入两类势函数解耦Biot波动方程,由所引入势函数及二维Fourier变换,得出了土体位移、应力及孔压在变换域内的通解.再根据无限大板的弹性理论求解变换域内饱和土的波动系数及板的内力表达式.最后利用IFFT算法得出时间-空间域内的解析解.通过具体算例,分析了荷载移动速度、土层剪切模量对板内力、土体的动力响应的影响.     

移动荷载下梁索组合结构瞬态响应分析

为验证波动理论在求解梁索组合结构自振特性和冲击响应问题中的适用性,初步探讨移动荷载下弹性波在结构中的传递特征,从铁木辛柯梁的横向振动微分方程和拉索的纵向波动方程出发,推导了移动荷载作用下梁索组合结构的动力学响应函数,通过构造回传路径矩阵,得到结构响应的波动解。为解决传统回传路径矩阵法（MRRM）在计算弯曲波传递过程中回传路径矩阵求逆困难的问题,基于离散傅里叶变换思想(DFT),推导出结构瞬态响应的级数解,用试验和有限元数值算例对改进后的MRRM法进行验证。结果发现,在30km/h的车速下,本文算法计算得到的跨中最大动应变和有限元结果偏差为5%,与试验结果相比偏差8%;40km/h的车速下,理论最大值与有限元偏差为4%,与试验结果相比偏差9.8%。最后,以梁索组合结构为研究对象,本文算法计算得到的结构前五阶自振频率与有限元结果最大偏差为0.29%,前二阶自振频率偏差为0%。进一步分析移动荷载下,梁索组合结构的波动响应特点,将理论结果与有限元数值结果进行比对,结果具有较高的吻合度。可推知,本文算法在计算移动荷载下桥梁结构的瞬态波动响应方面具有较高的可靠性。通过结构频谱分析,发现移动荷载下,铁木辛柯梁中弯曲波主要为频率分量低于结构2倍自振频率的低频响应。进而在改进后的MRRM基础上,探索基于结构自振特性的频域合理选取准则,进一步提高MRRM法求解波动响应的计算效率。     

基于ANSYS的车身壁板振动特性优化研究

在ANSYS环境下,以对边简支的自由矩形板作为车身壁板的简化模型作为研究对象,讨论了在不同材料下、不同厚度下板的各阶固有频率的变化并进行加筋板和无加筋板的对比,对不同形式的加筋板结构布置形式进行分析和评价,从理论上指导了加筋板在车身壁板振动特性优化上的应用。结果表明,采用合理的材料、合理的加筋形式,对车身壁板的振动特性都有着很大的影响。     

车辆-人体系统振动的时域模拟及频谱分析

基于SY6480轻型客车建立了车辆 人体振动系统的12个自由度动力学模型。模型中引入了四轮相关路面激励和人体模型,以能量方程推导出系统的动力学方程,进而对系统的振动过程进行了时域模拟和试验验证。所得的模拟结果比传统的频域模拟结果更精确可靠。对车辆角振动和人体各部位的振动情况谱分析结果表明:车身的角振动能量大约为垂直振动能量的1/4,研究时不能忽略,人体垂直振动的固有频率为2.0～2.5Hz,可为车辆平顺性设计提供参考。     

波浪荷载下粉质土动应变和动强度的试验研究

为寻找不同振动频率的波浪荷载作用下海底粉质土的动应变和动强度发展规律,进行了一系列的模拟不同振动频率的波浪荷载的动三轴试验.试验选用杭州湾地区分布较广的粉土,研究了振动频率的变化对粉土动应变和动强度的影响.试验结果表明,粉土的动应变和动强度的发展与土样所受的固结应力、围压、循环应力比和振动频率有关;在等向固结条件下围压对土样的累积轴向应变增长的影响作用是由波浪荷载振动频率的高低决定的;波浪荷载振动频率的改变对不同围压作用下粉土的动强度影响很大,并且在该类粉土中存在临界循环应力比.     

移动双轴汽车荷载作用下梁桥动力特性的数值模拟

建立双轴汽车模型对简支梁桥在移动汽车荷载作用下的动力响应问题进行了研究。分别分析了一辆汽车以不同车速、不同车重及通过不同跨径桥梁时的情况,并给出了相应情况下的简支梁桥跨中动位移的变化曲线。对直观地了解车—桥耦合振动系统的动力特性及系统数值模拟具有一定的参考价值。